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一、概述 厭氧處理已經成功地應用于各種高、中濃度的工業廢水處理中。雖然中、高濃度的廢水在相當程度上得到了解決，但是當污水中含有抑制性物質時，如含有硫酸鹽的味精廢水在處理上仍有一定的難度。在厭氧處理領域應用最為廣泛的是UASB反應器，所以本文重點討論UASB反應器的設計方法。但是，其與其它的厭氧處理工藝有一定的共同點，例如，流化床和UASB都有三相分離器。而UASB和厭氧濾床對于布水的要求是一致的，所以結果也可以作為其他反應器設計參考。

包含厭氧處理單元的水處理過程一般包括預處理、厭氧處理(包括沼氣的收集、處理和利用)、好氧后處理和污泥處理等部分，可以用圖1所示的流程表示。二、UASB系統設計1、預處理設施 一般預處理系統包括粗格柵、細格柵或水力篩、沉砂池、調節(酸化)池、營養鹽和pH調控系統。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無機的可沉固體，這對對于保護各種類型厭氧反應器的布水管免于堵塞是必需的。當污水中含有砂礫時，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強調去除砂礫的重要性也不過分。不可生物降解的固體，在厭氧反應器內積累會占據大量的池容，反應器池容的不斷減少最終將導致系統完全失效。 由于厭氧反應對水質、水量和沖擊負荷較為敏感，所以對于工業廢水適當尺寸的調節池，對水質、水量的調節是厭氧反應穩定運行的保證。調節池的作用是均質和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預酸化等功能。在調節池中設有沉淀池時，容積需扣除沉淀區的體積；根據顆粒化和pH調節的要求，當廢水堿度和營養鹽不夠需要補充堿度和營養鹽(N、P)等；可采用計量泵自動投加酸、堿和藥劑，通過調節池水力或機械攪拌達中和作用。 同時，酸化池或兩相系統是去除和改變，對厭氧過程有抑制作用的物質、改善生物反應條件和可生化性也是厭氧預處理的主要手段，也是厭氧預處理的目的之一。僅考慮溶解性廢水時，一般不需考慮酸化作用。對于復雜廢水，可

b) 經驗公式方法 Lettinga等人采用同樣經驗公式描述不同厭氧處理系統處理生活污水HRT與去除率(E)之間的關系，并且對不同反應器處理生活污水的數據進行了統計，得出了參數值。

式中：C1 ,C2——反應常數。

c) 動力學方法 許多研究者致力于動力學的研究，Henxen和Harremoes(19

3、UASB反應器的詳細設計 1) 反應器的體積和高度 　采用水力停留時間進行設計時，體積(V)按公式(1)或(2)計算。選擇反應器高度的原則是設計、運行和經濟上綜合考慮的結果。從設計、運行方面考慮：高度會影響上升流速，高流速增

3) 反應器的截面積和反應器的長、寬(或直徑) 在確定反應器的容積和高度(H)之后，可確定反應器的截面積(A)。從而確定反應器的長和寬，在同樣的面積下正方形池的周長比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。以表面積為600m2的反應器為例，30×20m的反應器與15m×40m的反應器周長相差10%，這意味著建筑費用要增加10%。但從布水均勻性考慮，矩形在長/寬比較大較為合適。從布水均勻性和經濟性考慮，矩形池在長/寬比在2:1以下較為合適。長/寬比在4:1時費用增加十分顯著。 圓形反應器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12%。但這一優點僅僅在采用單個池子時才成立。當建立兩個或兩個以上反應器時，矩形反應器可以采用共用壁。對于采用公共壁的矩形反應器，池型的長寬比對造價也有較大的影響。如果不考慮其他因素，這是一個在設計中需要優化的參數。 4) 單元反應器最大體積和分格化的反應器 在UASB反應器的設計中，采用分格化對運行操作是有益的。首先，分格化的單元尺寸不會過大，可避免體積過大帶來的布水均勻性等問題；同時多個反應器對系統的啟動也是有益的，可首先啟動一個反應器，再用這個反應器的污泥去接種其他反應器；另外，有利于維護和檢修，可放空一個反應器進行檢修，而不影響系統的運行。從目前實踐看最大的單體UASB反應器(不是最優的)可為1000-2000m3。 5) 單元反應器的系列化 單元的標準化根據三相分離器尺寸進行，三相分離器的型式趨向于多層箱體的設備化結構。以2×5m的三相分離器為例，原則

三、反應器的配水系統的設計

1、配水孔口負荷 一個進水點服務的最大面積問題是應該進行深入的實驗研究。對于UASB反應器Lettinga建議在完成了起動之后，每個進水點負擔2.0到4.0m2對獲得滿意的去除效率是足夠的。但是在溫度低于20℃或低負荷的情況，產氣率較低并且污泥和進水的混合不充分時，需要較高密度的布水點。對于城市污水De Man和Van der Last (1990)建議1～2m2/孔。表4是Lettinga等人根據UASB反應器的大量實踐推薦的進水管負荷。

2、進水分配系統 進水分配系統的合理設計對UASB處理廠的良好運轉是至關重要的，進水系統兼有配水和水力攪拌的功能，為了這兩個功能的實現，需要滿足如下原則：a) 確保單位面積的進水量基本相同，以防止短路等現象發生；b) 盡可能滿足水力攪拌需要，保證進水有機物與污泥迅速混合；c) 很容易觀察到進水管的堵塞；d) 當堵塞被發現后，很容易被清除。 在生產裝置中采用的進水方式大致可分為間歇式(脈沖式)、連續流、連續與間歇相結合等方式；從布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝狀等多種形式。 1) 連續進水方式(一管一孔) 為了確保進水均勻分布，每個進水管線僅僅與一個進水點相連接，是最為理想的情況(圖3a)。為保證每一個進水點的流量相等，建議用高于反應器的水箱(或渠道式)進行分配，通過渠道或分配箱之間的三角堰來保證等量的進水。這種系統的好處是容易觀察到堵塞情況。

　2) 脈沖進水方式 我國UASB反應器與國外的最為顯著的特點是很多采用脈沖進水方式。有些研究者認

3a為北京環科院采用的一種脈沖布水器的原理圖，該系統借鑒了給水中虹吸濾池的布水方式。 3) 一管多孔配水方式 采用在反應器池底配水橫管上開孔的方式布水，為了配水均勻，要求出水流速不小于2.0m/s。這種配水方式可用于脈沖進水系統。一管多孔式配水方式的問題是容易發生堵塞，因此，應該盡可能避免在一個管上有過多的孔口。 4) 分枝式配水方式 這種配水系統的特點采用較長的配水支管增加沿程阻力，以達到布水均勻的目的(圖3c)。根據筆者的實踐，最大的分枝布水系統的負荷面積為54m2。大阻力系統配水均勻度好，但水頭損失大。小阻力系統水頭損失小，如果不影響處理效率，可減少系統的復雜程度。 對其他類型布水方式，我國也有很多設計和運行經驗。與三相分離器一樣，不同型式的布水裝置之間，很難比較孰優孰劣。事實上，各種類型的布水器都有成功的經驗和業績。3、配水管道設計 　對重力布水方式，污水通過三角堰進入反應器時可能吸入空氣，會引起對甲烷菌的抑制；進入大量氣體與產生的沼氣會形成有爆炸可能的混合氣體；同時，氣泡太多可能還會影響沉淀功能。因為，大于2.0mm直徑的氣泡在水中以大約0.2～0.3m/s速度上升，采用較大的管徑使液體在管道的垂直部分的流速低于這一數值，可適當地避免超過2mm直徑的空氣泡進入反應器，同時還可避免氣阻。在反應器底部用較小直徑，形成高的流速產生較強的擾動，使進水與污泥之間混合加強。 污水中存在大的物體可能堵塞進水管，設計良好的進水系統要求可疏通堵塞；對于壓力流采用穿孔管布水器(一管多孔或分枝狀)，需考慮設液體反沖洗或清堵裝置，可采用停水分池分段反沖；采用一管多孔布水管道，布水管道尾端最好兼作放空和排泥管，以利于清除堵塞；采用重力流布水方式(一管一孔)，如果進水水位差僅僅比反應器的水位稍高(水位差小于10cm)將經常

四、氣、固、液三相分離裝置

三相分離器是UASB反應器最有特點和最重要的裝置。它同時具有兩個功能：1) 能收集從分離器下的反應室產生的沼氣；2) 使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來。三相分離器設計要點匯總：1) 集氣室的隙縫部分的面積應該占反應器全部面積的15～20％； 2) 在反應器高度為5～7m時，集氣室的高度在1.5～2m；3) 在集氣室內應保持氣液界面以釋放和收集氣體，防止浮渣或泡沫層的形成；

4) 在集氣室的上部應該設置消泡噴嘴，當處理污水有嚴重泡沫問題時消泡；

5) 反射板與隙縫之間的遮蓋應該在100～200mm以避免上升的氣體進入沉淀室；

6) 出氣管的直管應該充足以保證從集氣室引出沼氣，特別是有泡沫的情況。

對于低濃度污水處理，當水力負荷是限制性設計參數時，在三相分離器縫隙處保持大的過流面積，使得最大的上升流速在這一過水斷面上盡可能的低是十分重要的。

五、建筑材料

選擇適當的建筑材料對于UASB反應器的持久性是非常重要的。防腐較差的UASB反應器在使用3-5年后都出現了嚴重腐蝕，最嚴重的腐蝕出現在反應器上部氣、液交界面。此處H2S可能造成直接化學腐蝕，同時硫化氫被空氣氧化為硫酸或硫酸鹽，使局部pH下降造成間接化學腐蝕。由于厭氧環境下的氧化-還原電位為-300mV，而在氣水交界面的氧化-還原電位為100mV，這就在氣水交界面構成了微電池，形成電化學腐蝕。無論普通鋼材和一般不銹鋼在此處都會被損害。 厭氧反應器應該盡可能的避免采用金屬材料，即使昂貴的不銹鋼也會受到嚴重的腐蝕，而油漆或其他涂料僅僅能起到部分保護。一般反應器池壁最合適的建筑材料是鋼筋混凝土結構，即使混凝土也可能受到化學侵蝕。如果碳酸根和鈣離子的濃度積低于碳酸鈣的